Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Agua Potable Empleando Tubería de PVC 8.3. Atraques. Todos los tipos de tubería requieren de atraques para ser fijadas al terreno que las rodea, los atraques consisten de un bloque de concreto formado con una parte de cemento, dos de arena y cinco de grava (7) . Los atraques se deben hacer en los cambios de dirección (codos, tees, cruces), en los cambios de diámetro (reducciones), en las terminales (tapones y tapas)y en válvulas e hidrantes, en los cuales el esfuerzo se desarrolla al cerrarlos. El tamaño del atraque depende de • • • • • • (32) : La presión máxima del sistema (se debe considerar 1.5 veces la presión de trabajo, la cual es la presión a la que se prueba la tubería en campo) El tamaño del tubo (diámetro) Tamaño de accesorios Tipo de conexiones o accesorios Perfil de la línea (p.ej. curvas horizontales o verticales) Tipo de suelo 8.3.1. Localización de los atraques Fig. 8.15. Localización de atraques 1.- Tes 2.- Cruz con reducción 2 1 3.- Te usada como codo en un cambio de dirección 4.- Codo (cambio de dirección) 5.- Válvula con anclaje 3 4 6.- Codo con anclaje (cambio de dirección vertical) 6 5 8 - 18 Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Agua Potable Empleando Tubería de PVC 8.3.2. Dimensión de los atraques La Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica (D.G.C.O.H.) del Departamento del Distrito Federal (D.D.F.); especifica las dimensiones de los atraques para piezas de fierro fundido (FoFo.) como se presentan en el siguiente cuadro. Cuadro 8.11. Dimensiones mínimas de los atraques de concreto para piezas especiales de FoFo. Diámetro Nominal de la pieza especial mm pulgadas 76 3 102 4 153 6 203 8 254 10 305 12 356 14 406 16 457 18 508 20 610 24 762 30 914 36 1067 42 1219 48 Medidas de los atraques en centímetros Altura 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 85 100 115 130 145 Lado A 30 30 30 35 40 45 50 55 60 65 75 90 105 120 130 Lado B 30 30 30 35 40 40 40 40 40 45 50 55 60 65 70 A A A A B B A B En el cuadro anterior se resumen las dimensiones de los atraques, sin embargo si se quiere tener las dimensiones para diferentes tipos de suelo y diferentes presiones internas del tubo se presentan las fórmulas para el cálculo: (7) La fuerza que se desarrolla dentro del tubo se obtiene como sigue: F = P⋅ s (8.1) Donde: F = Fuerza resultante de la presión interna (kg) P = Presión interna en la tubería ( kg/cm2 ) s = Área interior del tubo (cm2 ) s= π DI2 /4 La fuerza de empuje (R) se calcula con las siguientes relaciones: Para codos: 8 - 19 Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Agua Potable Empleando Tubería de PVC R = 2 F ⋅ sen α 2 (8.2) Siendo: α = Ángulo de deflexión de la conexión, (grados) Para tes: R=F (8.3) La superficie de apoyo del atraque se define como: A= R T (8.4) Donde: A = Superficie de apoyo necesario para el atraque (cm2 ) T = Resistencia que opone el terreno a la introducción del atraque (kg/cm2 ) Cuadro 8.12. Resistencia que opone el terreno (T) a la introducción del atraque (7) Tipo de suelo Terreno blando (lodoso, barro suave) Terreno rígido (arena) Terreno semifirme (arena y grava) Terreno duro Terreno rocoso T (kg/cm2 ) 0.4 1.0 2.0 4.0 15.0 La fuerza que se desarrolla en los tubos Duralón para diferentes presiones se muestra en el siguiente cuadro: Cuadro 8.13. Fuerza Resultante (F) en kilogramos para diferentes presiones en tubo Duralón Hidráulico S.I. para dimensionamiento de los atraques RD 41 RD 32.5 RD 26 DN PT PP PT PP PT PP mm 7.10 10.65 8.70 13.05 11.20 16.80 38 136.53 204.79 169.53 254.29 50 179.91 269.86 215.82 323.72 268.03 402.05 60 264.72 397.08 316.89 475.33 393.70 590.54 75 393.47 590.20 470.72 706.08 585.72 878.58 100 652.83 979.25 779.38 1,169.08 969.81 1454.71 150 1,420.41 2,130.62 1,695.00 2,542.50 2,099.74 3,149.61 200 2,410.22 3,615.33 2,868.75 4,303.13 3,564.47 5,346.71 PT: Presión recomendada de trabajo PP: Presión de prueba en campo Cuadro 8.14. Fuerza Resultante (F) en kilogramos para diferentes presiones en tubo Duralón Hidráulico S.M. para dimensionamiento de los atraques DN mm 160 200 Clase 5 PT PP 5.00 7.50 930.12 1,395.17 1,453.68 2,180.53 Clase 7 PT PP 7.00 10.50 1,263.53 1,895.30 1,974.27 2,961.40 8 - 20 Clase 10 PT PP 10.00 15.00 1,724.99 2,587.48 2,696.75 4,045.13 Clase 14 PT PP 14.00 21.00 2,273.71 3,410.57 3,554.65 5,331.98 Tubos Flexibles, S.A. de C.V. 250 315 355 400 450 500 630 Criterios de Diseño para Redes de Agua Potable Empleando Tubería de PVC 2,273.27 3,409.91 3,088.05 3,605.33 5,408.00 4,901.93 4,587.79 6,881.69 6,225.27 5,823.81 8,735.71 7,905.41 7,369.48 11,054.22 10,009.98 9,096.86 13,645.29 12,362.63 14,445.13 21,667.70 19,627.44 PT: Presión recomendada de trabajo 4,632.08 7,352.90 9,337.90 11,858.12 15,014.97 18,543.95 29,441.17 4,216.40 6,324.60 5,556.62 6,692.03 10,038.05 8,818.70 8,511.57 12,767.35 11,210.26 10,798.65 16,197.97 14,242.35 13,670.31 20,505.47 18,026.59 16,887.45 25,331.17 22,246.25 26,804.83 40,207.24 35,324.63 PP: Presión de prueba en campo 8,334.93 13,228.05 16,815.39 21,363.52 27,039.88 33,369.38 52,986.94 Ejemplo 8.1. ¿Qué dimensión de atraque se necesita para un codo de 45º y una te de 400 mm de diámetro nominal Clase 7, si en el momento de hacer la prueba hidrostática en campo se alcanza una presión de 10.5 kg/cm2. El tipo de terreno es semifirme.?. ¿Cuál sería la dimensión del atraque si el tubo es Clase 14, con una presión de prueba de 21 kg/cm2 ? Solución La fuerza resultante (F) para 400 mm de DN, con PP = 10.5 kg/cm2 es igual a 11,858.12 kg, para una PP = 21 kg/cm2 es igual a 21,363.52 kg. (cuadro 8.14.) F1 = 11,858.12 kg F2 = 21,363.52 kg La fuerza de empuje (R) son respectivamente, para codos: R1 codo = 2( 11,858.12 kg ) sen (45º / 2) = 9,075.8 kg R2 codo = 2( 21,363.52 kg ) sen (45º / 2) = 16,350.9 kg y para tes: R1 te = 11,858.12 kg R2 te = 21,363.52 kg Las superficies de apoyo del atraque (A) por lo tanto son: 8 - 21 Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Agua Potable Empleando Tubería de PVC Tomando una altura del atraque h A1CODO 9 , 075 . 8 kg = = 4 , 538 cm 2 2 . 0 kg / cm2 Ancho = 70 cm 16 , 350 . 9 kg = 8, 175 cm2 2. 0 kg / cm2 Ancho = 126 cm A 2 CODO = A1TE = 11 , 858 .1 kg = 5, 929 cm2 2. 0 kg / cm2 Ancho = A 2 TE = 21 , 363 . 5 kg = 10 , 682 cm2 2. 0 kg / cm2 Ancho = 164 cm = 65 cm 91 cm Si se comparan las dimensiones del codo presentado en el cuadro 8.11., se puede observar que el área mínima para un codo es igual a dos veces el lado A por la altura, por lo que el área de apoyo sería igual a 65 cm x 2 x 55 cm = 7,150 cm2 que se acerca a A2 para codo. Para suelos que tengan resistencias a la penetración del atraque menores se debe considerar la dimensión correcta del atraque para evitar movimientos de la tubería, desacople de las conexiones y posibles daños personales. 8.4. Pruebas de Presión en campo (Pruebas Hidrostáticas). Una vez instalada la línea de conducción es necesario realizar la prueba de presión con el objeto de verificar la hermeticidad del sistema y la resistencia a la presión a la cual trabajará la tubería en las condiciones normales de operación. El propósito de la prueba de presión es localizar posibles defectos en los materiales o en la hechura (mano de obra), por lo tanto permitir una reparación apropiada. Nota: Es importante señalar que durante la prueba se deben extremar las precauciones para evitar daños personales a terceros. 8.4.1. Cálculo de las presiones de trabajo de la tubería Duralón El dimensionamiento de los tubos se basa en un esfuerzo de diseño de 140 kg/cm2 por lo que el espesor de pared varia para diferentes presiones de trabajo manteniendo el diámetro externo constante. Existe una relación que se usa para calcular la presión interna de trabajo en los tubos de PVC en base a su relación de dimensiones (RD). 2S P= (8.5) ( RD − 1) Donde: P = Presión de trabajo de la tubería para un RD dado (kg/cm2 ) S = Esfuerzo de diseño (kg/cm2 ), para PVC Duralón S = 140 kg/cm2 RD = Relación de dimensiones (adimensional), fórmula 3.1. capítulo 3 DE prom RD = emín 8 - 22